某截污干管改造工程勘察及稳定性评价

肖 娟 隆 威 王殿义

1.中南大学

2.中国水电顾问集团中南勘测设计研究院，湖南 长沙 410083

炎陵县城污水截污干管改造工程是该县2013年实施的重点城镇基础设施项目之一，也是该县进一步推进节能减排工作的民生工程。为使县城污水截污干管改造工程设计更合理，施工更科学，需对建设场地进行工程勘察，并对场地稳定性进行评价。

1 工程概况

拟建截污干管改造工程位于株洲市炎陵县城内，长度约为2.8km。拟建管道工程概况见表1。拟建截污干管场地按《市政工程勘察规范》（CJJ56-94）划分，其市政工程拟建场地划分为Ⅱ类。

2 场地岩土工程条件

2.1 地形地貌

拟建场地位于炎陵县城内，属草坪河漫滩及河流冲积阶地，现场地部分地段为县城道路，部分地段为草坪河河滩，地势起伏变化较小，勘察期间测得钻孔孔口标高变化于203.40m～213.10m之间。

2.2 水文地质条件

勘察期间，场地内各钻孔均遇见地下水，其类型主要为潜水。潜水主要赋存于砾砂④及圆砾及卵石层⑥中，受大气降水、沿线河水补给，水量大。据现场调查及相关区域水文资料，钻孔单井涌水量8.2m3/d～752.2m3/d，平均单井涌水量64.36m3/d，常见泉流量0.01L/s～0.06L/s。该层地下水与草坪河存在直接水力联系，洪水时河水补给地下水，平时地下水流经场地向草坪河排泄。勘察期间为枯水季节，测得潜水稳定水位埋深为-0.60m～5.50m，标高介于201.80m～210.30m。此外，石英砂岩节理裂隙中赋存少量基岩裂隙水，地下水水量大小受节理裂隙的发育程度及其连通性控制，水量较小，未形成稳定连续水位面且埋藏较深。

根据场地岩土条件及地下水补给排泄条件场地地下水变化幅度按2.0m～4.0m考虑。根据水质分析数据：场地环境类型为Ⅱ类，该场地内地下水水质对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋砼结构中的钢筋具微腐蚀性。

表1 拟建工程概况

2.3 地层岩性

根据本次钻探揭露，场地内埋藏的地层主要有人工填土层、第四系全新统冲积层，下伏基岩为泥盆系石英砂岩。各地层的野外特征自上而下依次描述如下。

1）人工填土（Q4ml）

素填土①：黄褐色，稍湿，稍密，主要由粉质黏土及碎石组成，碎石含量5%/`35%，碎石粒径一般为5mm～30mm，最大为75mm，为新近填土，未完成自重固结。主要分布于公路沿线，钻孔1、2、3、5～13、17～19、22～32中遇见该层，层厚1.20～6.10m。

2）第四系全新统冲积（Q4al）层

（1）淤泥质粉质黏土②：灰褐色，湿，可塑，有腥臭味，含5%～15%的砾砂，无摇震反应，光泽反应稍有光泽，韧性及干强度中等。该层主要为修建公路时，未清淤，在上部荷载作用下缓慢固结而成。钻孔3、6-9、24-26中遇见该层，层厚0.50m～1.50m。

（2）粉质黏土③：褐黄色，稍湿，硬塑，含少量铁锰质结核，无摇震反应，光泽反应稍有光泽，韧性及干强度中等，局部含少量砾石。主要分布于神农大道沿线，钻孔13、25-32遇见该层，层厚0.50m～2.50m。

（3）砾砂④：褐黄色，饱和，稍密，石英质，含约15%黏性土。场地内仅靠近河处有分布，钻孔7、8、9、14中遇见该层，层厚1.00m～2.60m。

（4）圆砾⑤：黄褐色，饱和，稍密，圆砾含量占50-75%，一般粒径为10mm～40mm，最大55mm，磨圆度较好，呈浑圆状，主要矿物成分为石英，长石，充填物多为中粗砂及黏性土。场地内分布普遍，除钻孔3、10、11、12、13、33、34、35未遇见该层外，所有钻孔均遇见该层，层厚0.80～5.50m。

（5）卵石：黄褐色，饱和，稍密，主要成分以石英砂岩为主，一般粒径50mm～100mm，最大直径180mm，磨圆度好，浑圆状，充填物多为中粗砂、砾砂及黏性土。场地内分布较普遍，钻孔1～5、11、12、14～23、31～35中遇见该层，揭露层厚0.90m～6.20m。

3）泥盆系（D2t）石英砂岩：

主要矿物成分为石英、长石及黏土矿物，块状构造，中厚层状构造，岩石坚硬。风化后呈褐黄色，按其风化程度不同分为强风化、中风化两层，其野外特征分述如下。

（1）强风化石英砂岩⑦：褐黄色，块状构造，中厚层状，节理裂隙较发育，断面可见铁锰质侵染，岩芯呈块状，一般块径20mm～55mm，最大为75mm，锤击声脆，不易碎，岩石基本质量等级V级。管线沿线附近山脚多可见基岩出露，仅钻孔29揭露该层，揭露厚度3.30m。

（2）中风化石英砂岩⑧：褐黄色，块状构造，中厚层状，节理裂隙稍发育，断面可见铁锰质侵染，岩芯多呈短柱状，一般柱长50mm～100mm，最大为185mm，锤击声脆，不易碎，岩石基本质量等级IV级。该层在场地内埋藏较深，仅钻孔11、13中遇见该层，揭露厚度3.50mm～4.40m。

表2 各土层主要物理力学性质指标表

表3 岩石主要物理力学性质指标表

2.4 岩土物理力学性质

1）室内试验

根据室内土工试验结果，场地内各地层的主要物理力学性质指标统计如下表。

2）原位测试

2.5 地质构造

炎陵县位于新华夏系第11巨型隆起带和第Ⅱ沉降带过渡区。西部茶水红层盆地属第11沉降带东缘，东部万洋山隆起为第11隆起带西缘，构造类型有东西向构造、南北向构造、北西向构造、华夏系构造、新华夏系构造、旋钮构造（S状构造）。场地位于炎陵县城内，为洣水Ⅱ级阶地，区内断裂构造不发育。

2.6 新构造运动与地震

区内总体上新构造运动欠发育，属于相对稳定区。从地貌景观来看，表现为构造剥蚀低山地貌，第四系形成多级阶地，表明第四纪以来为相对稳定抬升的构造特征。据历史和近期资料记载，区内没有发生过损害特别大的地震。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）和《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），拟建场地抗震设防烈度＜6度，设计基本地震加速度值＜0.05g，地震动反应普特周期为0.35s，设计地震分组为第一组。

表4 标准贯入试验结果统计表

表5 重型圆锥动力触探试验结果统计表

3 岩土工程分析与评价

3.1 场地稳定性评价

本次勘察结果表明，在勘探深度和平面范围内未发现断裂构造、泥石流、岩溶等影响场地稳定性的不良地质作用，场地处于抗震设防小于6度区，可不考虑饱和砂土的液化。场地是稳定的，适宜建设拟建项目。

3.2 岩土层工程性能评价

1）素填土①：场地内普遍分布，稍密，局部为松散，主要为修建公路时填筑而成，密实程度不均匀，自稳性较差，未经处理不能作为拟建截污干管的持力层。

2）淤泥质粉质黏土②：场地内零星分布，且厚度较小，可塑状态，主要由于修建公路时未清淤，后在地表荷载的作用下，缓慢固结而成，具较低强度及较高压缩性。为场地内软弱地层，不宜作为拟建截污干管的持力层。

3）粉质黏土③：场地内主要分布于大道沿线，呈可塑～硬塑状态，该层强度中等，压缩性中等。可作为拟建截污干管的持力层。

4）砾砂④：场地内零星分布，呈饱和、稍密状态，具中等压缩性及中等强度。可作为拟建截污干管的持力层。该层赋水量大，在地下水水头的作用下，易产生流砂或管涌，拟建截污干管基础施工时，必须有效控制地下水产生的不利影响。

5）圆砾⑤：场地内普遍分布，呈饱和，稍密状态。强度中等，变形性较小。为良好的地基土。但该层赋水量大，在地下水水头的作用下，易产生流砂或管涌，拟建截污干管基础施工时，必须有效控制地下水产生的不利影响。

6）卵石⑥：场地内普遍分布，层位稳定，厚度大，呈饱和，稍密状态，强度中等，变形性较小。为良好的地基土。但该层赋水量大，在地下水水头的作用下，易产生流砂或管涌，拟建截污干管基础施工时，必须有效控制地下水产生的不利影响。

7）强风化石英砂岩⑦：为硬质岩石，具有较高强度及较小变形的特点，自稳性好。

8）中风化石英砂岩⑧：为硬质岩石，强度高，变形性小，工程性能好，层厚大，场地内埋藏相对较深。

4 结论及建议

1）根据本次勘察结果，拟建场地内未发现影响场地稳定性的不良地质作用，场地是稳定的，宜于建筑拟建项目。

2）拟建场地抗震设防烈度为小于6度，设计基本地震加速度值小于0.05g，设计地震分组为第一组，拟建场地建筑场地类别为Ⅱ类，设计地震特征周期值为0.35s，属可进行建设的一般场地。场地处于抗震设防小于6度区，可不考虑饱和砂土的液化。

3）根据本次勘察结果，场地环境类型为Ⅱ类，该场地内地下水水质对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋砼结构中的钢筋具微腐蚀性。

4）截污干管穿越地段局部素填土厚度较大，若以素填土作为干管持力层，应对素填土进行相应地基处理，以处理后的人工地基作为拟建干管基础持力层。

5）拟建截污干管施工时应加强验槽工作，以便及时解决所遇到的岩土工程问题。

6）根据本次勘察结果，参照国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）及其它有关规范，场地内各地层的工程特性指标建议采用下表数值。

渗透系数K（cm/sec）素填土① 80 3.5 / 5.0×10-4淤泥质粉质黏土② 80 3.5 / 6.3×10-7粉质黏土③ 180 7.0 / 5.8×10-6砾砂④ 220 / 30 2.0×10-2圆砾⑤ 300 / 40 2.5×10-2卵石⑥ 400 / 50 3.8×10-2强风化石英砂岩⑦ 1000 / 80 /中风化石英砂岩⑧ 1500 / / /指标地层 承载力特征值fak（kPa）压缩模量Es（MPa）变形模量E0（MPa）

7、场地内基坑开挖时用于坑壁稳定设计及支护设计的岩土技术参数参照下表数值采用：

粘聚力C（KPa）素填土① 19.1 12 15 20 1:1.50淤泥质粉质黏土② 19.5 14 15 20 1:1.50粉质黏土③ 19.8 16 25 65 1:1.25砾砂④ 20.0 28.0 / 130 1:1.25圆砾⑤ 21.0 32.0 / 200 1:1.00卵石⑥ 21.5 35.0 / 300 1:1.00强风化石英砂岩⑦ 22.5 45（似内摩擦角） 380 1:0.75中风化石英砂岩⑧ 26.4 55（似内摩擦角） 800 1:0.50指标地层 天然重度r（KN/m3） 内摩擦角φ（度）固结快剪抗剪强度 岩土体与锚固体极限摩阻力标准值qsik（KPa）基坑开挖临时放坡坡比（高：宽）

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